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刍议PLC技术在机械电气控制装置中的应用

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  摘要:本文简要分析了机械电气控制系统的现状,并介绍了机械电气控制技术类型,从中分析几种控制系统的应用范围;并分析了机械电气控制系统的技术类型,说明了PLC 技术在机械电气控制过程中,有着广阔的发展前景。
  关键字:PLC 技术,电气控制,机械装备
  中图分类号:TU85文献标识码: A
  引言
  近些年来,随着科技的进步与发展,机电一体化技术也随之迅速发展,PLC作为自动化领域的领军技术,正在得到越来越广泛的应用和重视。在20世纪下半期现场总线技术开始兴起,随着越来越深入地研究,PLC作为一个集大成者开始逐渐显现出其优势。由于灵活的控制手段、简单易读的编程语言,PLC的优势日益凸显。
  机械电气控制发展现状
  随着我国社会和科学技术的发展,计算机控制技术正在逐步运用到工业当中,工业控制计算机技术应运而生,其技术、产品及应用都得到了极大地提升。在这些控制系统的发展过程中,可编程控制器(PLC)应运而生,起源于70年代,并成功在汽车工业中投入使用;到了90年代,随着PLC的处理速度、运算和控制功能的不断商品化,使其不断地向电气—仪表—计算机控制一体化前进。到如今,以PLC为基础的PID回路控制正广泛运用于产品的连续生产和批量生产的过程中。不仅如此,基于PLC技术的DCS控制系统也在不断的得到广泛应用。
  机械电气控制技术类型
  (1)现场总线型控制系统FCS。现场总线型控制系统FCS将现场智能设备和自动化系统中的包括数字式、双向传输、多分支结构连接起来的通信网络。它能够支持双向、多节点和总线式的全数字通讯形式。其由最底层的Infranet控制网、各控制节点和现场环境等几部分组成,并构成了一个完整统一的分布式控制体系结构。(2)集散型控制系统DCS。现代DCS控制系统是将信息高度集中化,同时用户可实现对全部生产过程的管理调度进行优化。集散型DCS控制系统主要是通过控制技术、通讯技术和计算机技术等,利用一些特定网络将生产部门包括现场控制站、监测站等连接起来,来完成分散控制,集中管理操作的综合性控制系统。它主要由显示部分、通信总线和控制部分组成。其中,通信总线将控制部分和显示部分连接成一个完整的控制系统。它的设计初衷为“危险分散、信息集中”,即将危险进行分散控制,而对其进行集中显示和管理。(3)类型的确定。基于PLC技术的控制系统的选择要从多个方面进行论证和对比。代表着潮流与发展方向的FCS控制系统是在DCS控制系统的基础上发展起来的,它尽管不如DCS控制系统成熟,但是其结构简单成本低、控制功能分散、工作灵活可靠,同时又具有互操作性等优势。所以,综合看来FCS控制系统必将取代DCS控制系统。
  4、PLC技术应用实例
  4.1 传统的空气压缩机以单片机和工控机为控制核心,其监测系统数据测试不准,整机抗干扰能力差。而以PLC为核心的群组微机监控系统很好地解决了这个问题,使得空气压缩机的运行稳定性和安全性大大增加。国内的空气压缩机大多采用普通继电器控制,作为煤矿生产的核心设备之一,其保护和监控水平较低,无法达到《煤矿安全生产纲要》的相关要求,故障率很高、检修维护工作量大,严重制约了生产效率。有些条件较好的矿井将微机控制技术和自动控制技术应用到空气压缩机中,但由于选型和技术措施适应性不佳,未能与压缩机房的特殊生产环境相匹配,因此使用寿命较短。新型微机监控系统由温度压力变送器、断水装置实现信号采集,再经由PLC各相关模块由CPU进行处理,通过数显仪表显示设备工作状态和参数值,实现了高温通断保护、压力检测保护、电信号检测维护、机群集中控制、断水报警等功能。
  4.2 某矿业集团选煤控制系统采用地层PLC控制结合上位机监控的组合模式,数据量逻辑控制辅以少量工艺过程参数模拟量诊断检测,实现工艺流程系统设备的启停集中控制和运行连锁控制,并实现对工艺过程参数的闭环控制,已经接近国际领先水平。该厂原先采用SIMATICTI545作为集控系统内核、配煤系统采用SIMATICS70-300。根据功能需求,集控系统的整体框架包含筛分系统、原煤重介选矸系统、储存装运系统、水系系统、离心脱水系统、捞坑系统、杂志滤清系统、压滤监控系统构成。集控系统有三个操作站:沉降离心脱水系统、捞坑系统和水洗系统由调度室统一操作;原煤集控室负责操控筛分系统和重介选矸;储存装运系统由储运集控室操作。压滤车间设备直接显示在模拟盘上。三个集控室有独立的PLC主机,互不干扰,版本各异。新型集控系统将洗煤、压滤与储运集中在一台PLC主机,原煤车间由一台PLC主机控制,大大精简了系统规模,同时两台主机独立工作,互不通讯,系统只借助上位机进行互访。选用施耐德140系列PLC系统,主机选用CPU13103中央处理单元,RAM容量512KB,MODBUS、MODBUS-PLUS接口。MODBUS-PLUS工业总线分布控制系统作为与现场设备状态检测及控制电路的核心,在原煤车间和总调度室设置互不干扰的PLC主机站,主厂房8PD、9PD、10PD和5PD配电室、原煤车间、重介跳汰配电室、原煤变电所、筛分车间配电室、储装运集控室、压滤车间配电室、原煤仓设置分控制室,原煤系统PLC控制器负责调控原煤车间、重介跳汰配电室、筛分车间配电室和原煤变电所,其余分布站均由工厂总调度室的PLC主机统一控制。
  4.3对原理图的分析主要包括主电路分析、控制电路分析、信号分析、连锁分析和保护环节等几个要点。在设计初期,要对其进行解读和辨认。首先要认清电路图中的电动机、电气设备等用电设备;其次要认清主电路的控制电器和保护电器;最后还要根据需要对电源进行检查。(2)PLC控制系统的设计与选择。现以煤炭分装器为例对基于PLC技术的控制系统进行结构设计。分装器主要由拦包机、导料摆板、气动系统和电气控制系统等几部分组成。其功能实现主要通过,在分料皮带上安置多组光电感应器来识别煤炭进入分装箱的情况,并由PLC控制系统对进入分装箱的距离进行时间换算,然后在操作台上利用软件实现开关控制功能。该系统能够对分装的重量进行设定,在出现拥堵现象时可实现自动断电,起到一定的自我保护作用。因此,在PLC选型上可选择日本OMRON小型PLC控制器;在I/O点数设定上,可控制在输入24,输出16,共40点,选取60为宜。下面进行相应程序和回路的设计。(3)通信网络设计。PLC通信网络的设计由通信网络和控制网络组成,共同完成控制任务。在底层或中层子网配置过程中,采用公司的专用协议;在高层子网配置过程中,采用通用协议;在各级子网的配置过程中,可采用3-4级构成。在通信系统的选取中,主要以PLCRS422总线上位连接系统为主,可采取主从总线1:N的通信方式。最后对通信程序和人机界面监控程序进行设计。(4)接地设计。接地设计主要时为了提高系统的安全系数和抗干扰能力。但是在电路或系统的设计中任意接地,反而会导致工作不稳定。对此,在设计过程中要进行严格的讨论和思考。在本例的控制系统结构设计中,由于是集中-分散式的控制系统,可以将控制电路板的OA与OD直接进行短接,可有效地提高机体的阻抗,同时降低了振动对机器的影响。
  结语
  机械设备采用PLC控制后,原先复杂的继电器逻辑被省略,优化了结构,节省了人力物力,也改善了系统稳定性。另外,PLC的使用维护较为简洁,具有电气背景的工程师很容易上手。多方面优势使得PLC在工控领域占据重要地位。现在要解决的问题就是PLC的高成本,由于国内PLC技术的相对落后,大量机械设备采用日本和德国技术,这无形中压低了国内机械行业的利润空间。笔者希望国内能在PLC技术领域不断寻求突破,以营造更为广阔的发展平台。
  参考文献
  [1]马洪波.浅谈如何看懂生产机械电气控制原理图[J].科技传播,2011(3).
  [2]邵国良,张西新.基于PLC的主运输皮带智能控制系统的研究与[J].中国矿业,2012.
  [3]徐丽春.基于项目教学法的《机电控制与PLC》教学模式[J].职论坛,2012(20).

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